Dźwięk – wysokość, barwa
Dźwięk – wysokość, barwa
Ważne daty
1711 – umowna data konstrukcji prototypu fortepianu przez Bartolomeo Cristoforiego połowa XVIII wieku – początek stosowania stroju temperowanego na szeroką skalę
I. Indywidualna i zespołowa ekspresja muzyczna.
4. W zakresie słuchania i percepcji muzyki. Uczeń:
2) rozpoznaje ze słuchu:
a) brzmienie instrumentów muzycznych;
3) rozpoznaje i analizuje utwory muzyczne określając ich elementy, nastrój i charakter, formułuje wypowiedzi, stosując pojęcia charakterystyczne dla języka muzycznego.
II. Język i funkcje muzyki, myślenie muzyczne, kreacja i twórcze działania.
1. Uczeń zna, rozumie i wykorzystuje w praktyce:
2) określa podstawowe elementy muzyki (rytm, melodię, harmonię, agogikę, dynamikę, kolorystykę, artykulację).
Nauczysz się
definiować pojęcie: materiał dźwiękowy, pogłos;
wymieniać nazwy zwierząt, które posługują się infra i ultradźwiękami.
dostrzegać zjawisko pogłosu w pomieszczeniu.
Dźwięk - wprowadzenie i definicja
Wiele dziedzin sztuki jest mocno zależnych od konkretnych zmysłów. Sztuki plastyczne, takie jak malarstwo, rysunek czy rzeźba nie mogłyby istnieć bez wzroku. To za jego pośrednictwem artyści tworzą swoje dzieła, a odbiorcy mogą je podziwiać i oceniać. Zmysł dotyku może być pomocny przy odbiorze niektórych rzeźb, instalacji, a nawet dzieł architektonicznych. Słuch jest kolejnym ze zmysłów, bez którego wiele dziedzin sztuki nigdy by nie zaistniało. Muzyka jest jedną z nich, ale można tu
wymienić też film czy teatr, które bez możliwości usłyszenia byłyby zupełnie inne. Czym jest słuch? To dzięki niemu ludzie mogą odbierać wrażenia słuchowe, czyli dźwięki. Za ich pośrednictwem możliwy jest nie tylko odbiór muzyki, ale też komunikacja czy rozpoznawanie zdarzeń w otoczeniu.
Czym tak naprawdę jest dźwięk? Można go odnieść do samego wrażenia słuchowego, jednak naukowe wyjaśnienie jest bardziej dokładne. Dźwięk to fala akustyczna rozchodząca się w ośrodku sprężystym, np.
w powietrzu, wodzie, zdolne do wywołania wrażenia słuchowego. Oznacza to, że aby powstał dźwięk, potrzebne jest jakieś ciało: ciecz, gaz lub ciało stałe, które posiada cechę sprężystości. Sprężystość pozwala ciału na powrót do swojej formy po tym, jak zostanie wprawione w ruch. Najczęściej podawanym przykładem jest sprężyna - po jej naciągnięciu drga, by w końcu osiągnąć stan spoczynku (wraca do pierwotnego stanu). W przypadku muzyki nie wystarczy jednak dowolne, sprężyste ciało - musi posiadać pewne właściwości.
Dźwięk – wysokość, barwa
Scenariusz dla nauczyciela
Źródło: online-skills, licencja: CC0.
Fala dźwiękowa, online-skills, CC BY 3.0
W wyniku rozchodzenia się drgań w ośrodku sprężystym powstaje fala dźwiękowa. Drgania źródła dźwięku powodują drgania najbliższych cząsteczek ośrodka, a te wpływają na drgania kolejnych - w ten sposób dźwięk rozchodzi się w ośrodku (np. w powietrzu, w wodzie, w stali).
Cechy dźwięku rozpoznawalne przez ucho to wysokość, głośność i barwa. Odpowiadają im cechy
dźwięku, które można zmierzyć: częstotliwość, natężenie dźwięku oraz liczba i jakość tonów składowych.
Wysokość dźwięku
Wysokość dźwięku jest pierwszą cechą, która jest związana bezpośrednio z falą dźwiękową. Decyduje o niej częstotliwość drgań, którą w fizyce oznaczamy literą f. Jest ona wyrażana w hercach, które zapisywane są skrótem Hz (ich nazwa pochodzi od nazwiska wynalazcy fal elektromagnetycznych - Heinricha Hertza (1857‑1894). Częstotliwość wyraża się w liczbie drgań (cykli) na sekundę. Innymi słowy, jeden herc oznacza jeden cykl drgań w ciągu sekundy.
1 Hz = 1 drganie na sekundę.
Wysokość dźwięku jest zależna od częstotliwości.
Na poniższym materiale widać pięć fal o różnej częstotliwości. Najwyższa, czyli czerwona, ma najniższą częstotliwość; najniższa, czyli różowa, posiada najwyższą częstotliwość drgań. Po kliknięciu na grafikę, będzie można usłyszeć dźwięk o rosnącej częstotliwości - od 20Hz do 20kHz.
Fale o różnej częstotliwości, wikimedia, domena publiczna
Ludzkie ucho jest w stanie usłyszeć dźwięki z zakresu 16Hz do 20 tysięcy Hz. Zakres ten jest określany jako dźwięki słyszalne. Dźwięki poniżej 16Hz są nazywane infradźwiękami, natomiast wyższe niż 20 tysięcy Hz - ultradźwiękami. Warto podkreślić też, że zakres dźwięków słyszalnych może być nieco różny dla każdego, szczególnie biorąc pod uwagę choroby, takie jak niedosłuch. Z wiekiem zwęża się także granica słyszalności wysokich dźwięków. Chociaż infradźwięki i ultradźwięki nie są słyszalne dla człowieka, to jednak są pewne zwierzęta, które potrafią je odbierać. Infradźwięki są wykorzystywane przez słonie i wieloryby do komunikacji, natomiast ultradźwięki są wykorzystywane do echolokacji przez nietoperze. Ludzie używają ich w sonarach, medycynie oraz produkcji żywności. Infradźwięki
i ultradźwięki mogą być też szkodliwe dla zdrowia ludzi przy zbyt dużej głośności.
Ultrasonograf, online-skills, CC BY 3.0
Czas trwania dźwięku
Czas trwania dźwięku to cecha, która bezpośrednio zależy od czasu drgań ciała. W teorii dźwięk przestajemy słyszeć wtedy, kiedy ciało przestaje drgać - zanika fala akustyczna, a więc i dźwięk.
W praktyce można dźwięk słyszeć dłużej, jeśli jest tworzony w dużych salach ze ścianami. Takie zjawisko nazywa się pogłosem. Polega on na tym, iż fale akustyczne odbijają się od powierzchni pomieszczenia (mogą to być wspomniane ściany, ale także sufit czy podłoga), a ludzie rejestrują to pozorne przedłużenie jako dalsze trwanie dźwięku. Pogłos zależy zarówno od wielkości pomieszczenia i jego kształtu, ale też od rodzaju użytych materiałów do jego konstrukcji, częstotliwości dźwięku, położenia jego źródła oraz wilgotności i temperatury powietrza, w którym dźwięk się rozchodzi. Obecnie pogłos stanowi ważną część muzyki - jest jednym z kryteriów wyboru pomieszczeń koncertowych i studyjnych (nowe budynki są budowane w taki sposób, by osiągnąć zamierzony efekt). Ponadto do celów nagraniowych powstało wiele sposobów, mających dodać pogłos do nagrania, takich jak komora pogłosowa, pogłos płytowy i sprężynowy. Współcześnie coraz częściej pogłos jest tworzony cyfrowo.
Pogłos (ang. reverb) jest jednym z częstych efektów stosowanych we wzmacniaczach gitarowych, online-skills, CC BY 3.0
Zjawisko pogłosu - przedstawienie dźwięku z coraz dłużej trwającym echem, online-skills, CC BY 3.0
Głośność dźwięku
Głośność dźwięku jest silnie związana z natężeniem fali dźwiękowej. Wzrost natężenia powoduje wzrost głośności. Samo natężenie to energia fali akustycznej, która jest dzielona przez czas emitowania
i powierzchnię, na jaką padła. Jest oznaczane symbolem I, a jego jednostka to wat na metr kwadratowy (czyli W/m ). Ucho ludzkie może odebrać dźwięk o niskiej energii jako głośny, jeśli jego czas trwania jest bardzo krótki i pada na małą powierzchnię. Analogicznie, jeśli dźwięk o wysokiej energii rozkłada się na wielki obszar (na przykład na całe osiedle), a czas rozchodzenia się jest długi (np. tydzień), to może on być niesłyszalny. Progiem słyszalności jest natężenie o wartości 10 do potęgi -12 W/m . Wartość jest istotna przy obliczaniu poziomu natężenia dźwięku, który jest wyrażany w decybelach (dB). Oznacza się nią wrażenie głośności, na które ma wpływ też częstotliwość dźwięku. Częstotliwości skrajne, czyli niskie i wysokie z zakresu słyszalności człowieka dają wrażenie cichszych. Środkowy zakres częstotliwości jest odbierany jako głośniejszy. Szelest liści to mniej więcej dziesięć decybeli, odkurzacz wytwarza najczęściej około sześćdziesięciu decybeli, a piła łańcuchowa nieco ponad sto decybeli. Należy pamiętać, że dźwięki o wartości powyżej stu dwudziestu decybeli mogą stale uszkodzić słuch, a powyżej stu czterdziestu powodują fizyczny ból. Hałas powyżej dwustu decybeli może spowodować nawet śmierć.
2
2
Poziom głośności to jedno z podstawowych ustawień w urządzeniach do słuchania muzyki, online-skills, CC BY 3.0
Barwa dźwięku
O barwie dźwięku decyduje kilka czynników, z których najważniejszym jest widmo dźwięku. Widmo to suma składników dźwięku, czyli tonów. Dzięki barwie można odróżniać od siebie dźwięki o takich samych innych cechach, czyli głośności, czasie trwania i wysokości. To barwa powoduje, że różne instrumenty i głosy brzmią inaczej - różnią się ilością tonów składowych. Można też wpływać na barwę dźwięku w obrębie tego samego instrumentu, najczęściej poprzez sposób i siłę wzbudzania drgań. Barwę można określać słownie; instrumenty mogą dawać jaśniejsze lub ciemniejsze brzmienie, ostrzejsze lub łagodne. Poniższy materiał przedstawia Sonatę nr 5 Johna Cage'a.
John Cage, „Sonata nr 5”, online-skills, CC BY 3.0
Dźwięk mający widmo ciągłe to szum. Szum o płaskim widmie ciągłym nazywamy białym, jednak ludzkie ucho odbiera go jako wysoki. Szum szary daje wrażenie jednakowej głośności wszystkich częstotliwości, natomiast szumy różowy i czerwony są odbierany przez zmysł słuchu jako niskie w brzmieniu.
Ilustracja przedstawia wizualizację graficzną białego szumu, wikimedia.org, CC BY-SA 3.0
Dźwięki w muzyce. Materiał dźwiękowy.
Wynalezienie prototypu fortepianu przez Bartolomea Cristoforiego na początku XVIII wieku spowodowało początek procesu przyjmowania stroju równomiernie temperowanego, który jest stosowany do dzisiaj. W muzyce dźwięki najczęściej mają określoną wysokość. Wyróżniamy dwanaście różnych dźwięków: c, cis/des, d, dis/es, e, f, fis/ges, g, gis/as, a, b oraz h. Dźwięki mogą nosić różne nazwy, co jest nazywane enharmonią. Obecnie dźwięki takie jak fis i ges mają taką samą wysokość, co jest związane z rozwojem systemu temperowanego. W temperowanym stroju najmniejszą jednostką
odległości jest półton. Dwanaście półtonów (czyli sześć całych tonów) tworzy razem oktawę (może też septymę zwiększoną). Należy pamiętać, że oktawa może oznaczać interwał (czyli odległość dźwięków od siebie), jednak w tym kontekście oznacza ona pewien wycinek materiału dźwiękowego. Materiał
dźwiękowy to wszystkie dźwięki, którymi posługuje się muzyka. Tak jak wcześniej zostało to
przedstawione, wyróżniamy dwanaście dźwięków w obrębie oktawy; w muzyce używa się dziewięciu oktaw. Ich nazwy to:
oktawa subkontra (najniższa), oktawa kontra,
oktawa wielka,
oktawa mała, oktawa razkreślna, oktawa dwukreślna, oktawa trzykreślna, oktawa czterokreślna, oktawa pięciokreślna.
Klawiatura fortepianu, online-skills, CC BY 3.0
Zadania
Ćwiczenie 1
Jaka cecha jest wymagana od ciała, aby mogło stać się źródłem dźwięku?
Sprężystość Wysokie ciśnienie Niski opór
Ćwiczenie 2
Połącz w pary cechy dźwięku rozpoznawalne przez ucho z cechami mierzalnymi.
częstotliwość drgań, natężenie fali dźwiękowej, widmo dźwięku, czas trwania drgań Wysokość dźwięku
Czas trwania dźwięku
Głośność dźwięku
Barwa dźwięku
Ćwiczenie 3 Ćwiczenie 4
Dopasuj zakres drgań do nazwy dźwięków.
od 20kHz, do 16 Hz, 16Hz-20kHz Infradźwięki: ...
Dźwięki słyszalne: ...
Ultradźwięki: ...
Ćwiczenie 5
Na czym polega zjawisko pogłosu?
Na pozornym przedłużeniu dźwięku Na emitowaniu dźwięku o wysokiej energii
Na odbijaniu się fal dźwiękowych od ścian pomieszczenia
Ćwiczenie 6
Uporządkuj oktawy od najniższej do najwyższej.
oktawa wielka oktawa subkontra oktawa kontra oktawa trzykreślna oktawa razkreślna oktawa pięciokreślna oktawa czterokreślna oktawa mała
oktawa dwukreślna Ćwiczenie 7
Wskaż, czym jest widmo dźwięku.
Zakresem obejmującym dźwięki niesłyszalne dla człowieka Szumem
Sumą składników dźwięku, czyli tonów
Słownik pojęć
Częstotliwość drgań
cecha fali akustycznej, od której zależy wysokość dźwięku. W fizyce jest oznaczana literą f i przedstawiana w hercach.
Infradźwięki
dźwięki niższe od 16Hz, niesłyszalne dla człowieka. Wykorzystują je do komunikacji słonie oraz wieloryby.
Materiał dźwiękowy
wszystkie dźwięki, którymi posługuje się muzyka. Może też dotyczyć danego utworu, np. materiał dźwiękowy Requiem Mozarta to zbiór dźwięków, które w nim występują.
Natężenie fali dźwiękowej
cecha fali akustycznej, która wpływa na głośność dźwięku. Poziom natężenia dźwięku jest wyrażany w decybelach; jeśli jest zbyt duży, może spowodować trwały uszczerbek na zdrowiu.
Pogłos
pozorne przedłużenie trwania dźwięku, które powstaje w wyniku odbijania się fali dźwiękowej od powierzchni pomieszczenia.
Ultradźwięki
dźwięki wyższe od 20kHz, niesłyszalne dla człowieka. Są wykorzystywane w medycynie, wojsku i produkcji żywności.
Widmo dźwięku
cecha fali akustycznej, która wpływa na barwę dźwięku; jest to suma jego tonów.
Źródła:
http://www.muzykotekaszkolna.pl http://scholaris.pl
Mieczysław Drobner, Instrumentoznawstwo i akustyka, wyd. PWM 1985
Biblioteka muzyczna
Fale o różnej częstotliwości, wikimedia, domena publiczna
Zjawisko pogłosu - przedstawienie dźwięku z coraz dłużej trwającym echem, online-skills, CC BY 3.0
Ilustracja przedstawia wizualizację graficzną białego szumu, wikimedia.org, CC BY-SA 3.0
Zjawisko pogłosu - przedstawienie dźwięku z coraz dłużej trwającym echem, Wikipedia, CC BY 3.0
John Cage, „Sonata nr 5”, online-skills, CC BY 3.0
Bibliografia
www.muzykotekaszkolna.pl www.scholaris.pl
www.ninateka.pl
M. Kowalska, ABC Historii Muzyki, Musica Iagiellonica, Kraków 2001 M. Drobner, Instrumentoznawstwo i akustyka, PWM, Kraków 1985
